JPH03165221A - 渦流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は渦流同期に関する。

渦流量Ｊ１は、管路に超音波送信器と超音波受信器とを
対向設置した構成であり、超音波受信器の性能低下等が
あるとｉ量計測精度に影響が及ぶことがある。このため
、１１測を継続する状態で、超音波受信器の異常を検出
できることが望ましい。

従来の技術 第８図は従来より知られている渦流量計の一例の構成図
である。同図において発振器１により発生され超音波送
信器２ａより流体中に送信される超音波は、流体の進行
方向に垂直、かつ同図の紙面と平行な経路に沿って伝搬
し、超音波受信器２ｂにより検出される。この超音波受
信器２ｂの出力信号は位相制御器３を介して位相比較器
４に供給される（この信号をαとする）。一方、流体中
を通過する超音波とは別に発振器１の出力より分岐した
発振信号は位相制御器５を介して位相比較器４の他方の
入力端子に供給される（この信号をβとする）。

位相比較器４において上記二つの信号α、βの位相が比
較される。この場合において、カルマン渦が発生してい
ない状態の流体中を通過した超音波信号αは、元の発振
信号βに対して一定の位相差を有することとなる。

第８図において流量又は流速を測定すべき流体が管路６
の内部を同図上方から下方へ向って流れると、上記流体
中には管路６の内部に挿入配設された周知の渦発生体７
の下流側においてその左右に交互に規則的な、所謂カル
マン渦が発生する。

この場合に流体内を通過する超音波が流体内を伝搬する
途上において、超音波は上記渦発生体７により生成され
たカルマン渦と遭遇すると、カルマン渦の横方向（第６
図の紙面と平行、かつ超音波が伝搬する方向）の流速成
分により位相変調を受けることとなる。したがって位相
比較器４に供給される二つの信号α、βの位相差は、流
体中を通過する超音波がカルマン渦と遭遇しない場合の
上記一定の位相差とは異なった位相差を示す。この位相
差の変化を検出し、フィルタ８を介して出力端Ｆ８ａよ
り取り出すことにより、流速又は流量に比例するカルマ
ン渦の生成数を検知し、ひいては被測定流体の流量又は
流速を測定することが可能となる。

発明が解決しようとする課題 送信器２ａと受信器２ｂとの間で送受信される超音波信
号は、カルマン渦のみならず、流体の性状や流れの状態
によっても変化する。更に送信器２ａ、受信器２ｂの性
能低下や、送信器２ａ、受信器２ｂへの異物の付着、堆
積等によっても変化する。

異常検出のために受信器２ｂの出力信号のレベルを監視
することが考えられるが、従来は、一対の送信器２ａと
受信器２ｂとを設けた構成であるため、受信器２ｂに動
作状態の変化があった場合にこれが何に起因するもので
あるかの判別ができない。

このため、送信器２ａ又は受信器２ｂが動作不能となる
まで何も対策がとれず、また原因についても解明するこ
とが困難であった。

本発明は上記課題を解決した渦流量訓を提供することを
目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は、流体が流れる管路中に設けた渦発生体により
生成される渦を検出する超音波送信器と超音波受信器と
よりなる超音波送受信装置を少なくとも二つ設け、各超
音波送受信装置の超音波受信器の出力に基づいて上記流
体の流量を測定する渦流量計であって、 夫々の超音波送受信装置の超音波受信器の出力のレベル
を比較して該超音波送受信装置の異常を検出する手段を
設けてなる構成としたものである。

作用 二つ以上の超音波送受信５Ａ置の超音波受信器の出力信
号のレベルを比較して、相互のアンバランスの程度をみ
ることにより、二つ以上の超音波送受信装置のいずれか
に異常が発生したことを知ることが可能となる。

実施例 第１図は本発明の一実施例の渦流量計の構成図、第２図
は第１図中■−■線に沿う断面図である。

１０は渦発生体であり、管路１１の中心を通って垂直に
設けである。

管路１１には第１の超音波送受信装置１３と第２の超音
波送受信器１４とが設けである。

第１の装置１３は、渦発生体１０に対して時計方向に角
度γ偏位した方向上相対向する超音波送信器１５と超音
波受信器１６とよりなる。

第２の装置１４は、渦発生体１０に対して、上記とは逆
に反時計方向に同じ角度γ偏位した方向上相対向する超
音波送信器１７と超音波受信器１８とよりなる。

即ち、第１．第２の装置１３．１４は渦発生体１０に対
して同角度で互いに逆方向に傾斜して設けである。

超音波送信器１５．１７は共通の超音波発振器１９によ
り駆動される。

次に流量計測について説明する。

第３図は渦発生体１０によって流体中に生成されるカル
マン渦と超音波送信器１５．１７及び超音波受信器１６
．１８との位置関係を示す模式図である。同図において
破線で示した矢印は超音波の伝搬方向を示しており、同
図よりわかるように二つの超音波の進行方向が逆向きと
なっていて軸心Ｐで交差している。また同図はカルマン
渦２１ａが超音波送信器１５．１７から送信される二つ
の超音波の伝搬経路を既に通過し、次のカルマン渦２１
ｂが上記二つの超音波の伝搬経路にさしかかった時点で
の様子を示している。

第４図（Ａ）（Ｂ）は、カルマン渦が第３図に示すよう
に二つの超音波の伝搬経路を通過する際の二つの超音波
信号ａ及びｂをパルス化した波形並びに互いの位相の関
係を示している。第３図において超音波送信器１５から
送信される超音波ａはカルマン渦２１ｂがちょうど超音
波ａの進行方向と同じ方向の成分を持つことからその位
相は進むこととなり、一方、超音波送信器１７より送信
される超音波すはその進行方向がカルマン渦２１ｂの横
方向成分と逆向きであることにより、その位相が遅れる
こととなる。

第３図に示す状態からカルマン渦２１ｂが下流に移動す
るにしたがって、超音波ａの位相の進み及び超音波すの
位相の遅れは共に減少し、カルマン渦の中心付近が二つ
の超音波の伝搬経路を通過する時点で超音波ａの位相の
進み及び超音波すの位相の遅れは共に無くなる。以後カ
ルマン渦の後半部分が上記二つの超音波の伝搬経路を通
過する際には逆に超音波ａの位相は遅れ、超音波すの移
相は進む。このように１つのカルマン渦が上記超音波の
伝搬経路を通過すると、超音波ａ、ｂの位相差は半周切
分のサイン波向に変化する。この超音波ａ、ｂの位相差
の変化を検出することによってカル７ン渦の発生を検知
することができ、更に単位時間当りのカルマン渦をカウ
ントすることにより、流体の流速及び流口を計測するこ
とが可能となる。

このとき２つの超音波信号ａ、ｂの位相差がθとなった
とすると第１図中位相比較器２２はその位相差θに対応
する電圧Ｖ。を出力端子２３より出力する。第５図は二
つの超音波信号ａ、ｂの位相差と位相比較器２２の出力
電圧との関係を示したグラフであり、同図に示すように
二つの超音波ａ、ｂの位相差が一３６０度から３６０度
までの範囲では位相比較器２２の出力電圧は直線的に変
化する。

被測定流体の温度が変化すると、それに従って超音波が
被測定流体中を伝搬する際の位相も変化する。しかし温
度変化等の外的要因は上記二つの超音波の伝搬の仕方に
対して同様の影響を及ぼすこととなる。すなわち一方の
超音波に対して位相を遅らせるような変化が起こったと
すれば、同様に逆方向に伝搬する超音波も位相が遅れる
こととなる。

第４図（Ａ）、（Ｂ）に夫々破線で示す波形はそれぞれ
実線で示す超音波の位相が温度変化等の外的要因によっ
て遅れた様子を示している。この場合において同図（Ａ
）に示す波形ａの位相がφだけ遅れたとすれば、同様に
同図（Ｂ）に示す波形すもφだけ遅れることとなり、両
波形ａ、ｂの相対的な位相差θは温度変化等の外的要因
が加わっても実質的に変化を受けないこととなる。した
がって位相比較器２２において二つの信号ａ、　ｂの位
相を比較することによって純粋にカルマン渦による位相
の変化のみを検出することが可能となると共に、この場
合には二つの超音波が受ける位相変化が相加的に（互い
に強調し合うように）検出されることにより超音波送受
信器を１相しか用いない従来装置に比べてより高い感度
でカルマン渦を検出し得る。

次に、超音波送受信装置１３．１４の異常等を検出する
動作について説明する。

第１図中、３０．３１は夫々レベル検出器であり、夫々
超音波受信器１６．１８の出力ラインより分岐して接続
してあり、第６図に示すように、受信器１６の出力信号
３２のレベルｈ１及び受信器１８の出力信号３３のレベ
ルｈ２を検出する。

３４は判別器であり、上記レベルｈ、、ｈ２を常時監視
し、両者の差の絶対値ｌｈ１−ｈ２１を求め、これを予
め設定しである値り、。、と比較し、ｈ＋ｈ２　ｌが基
準値り、。ｆを超えると、異常を知らせるアラーム信号
を端子３６に出力する。

判別器３４及びレベル検出器３０．３１が異常検出手段
３５を構成する。

受信器１６が受信する超音波と受信器１８が受信する超
音波とは同−流体中を伝搬してくるため、流体の性状や
流れの状態、流体の温度等による影響を同じように受け
、各受信器１６．１８の出力信号のレベルはバランスし
た状態にあるのが通常である。

例えば送信器１５，１７、受信器１６．１８のいずれか
に異物が付着堆積したりして性能が低下すると、受信器
１６．１８の出力信号のレベルはアンバランスとなり、
このアンバランスの状態が所定の程度を超え、ｌ　ｈ　
＋　　ｈ　２　１　＞　ｈ　ｒｅ（となると、判別器３
４がアラーム信号を出力する。これにより警報装置（図
示せず）が動作し、作業者に異常が発生していることを
知らせる。

警報があったときには、第１．第２の超音波受信器ｆＷ
１３．１４を点検し、異物の付着があったような場合に
はこれを除去する保守作業を行う。

これにより、第１．第２の装＠１３．１４が動作不能と
なってしまう前に何らかの対策をとることが可能となる
。

上記第１．第２の超音波送受信装置１３．１４は共に本
来の流量計測のために必要な手段であり、異常検出のた
めに新たな超音波受信器は設ける必要がなく、既設の装
置１３．１４で足りる。

なお、レベル検出器３０．３１は、出力信号３２．３３
の平均レベルを検出してもよく、又、そのピークレベル
を検出するものであったもよい。

また判別器３４は他の実施例としてマイクロコンビ１−
夕で構成してもよい。このマイクロコンピュータは以下
に述べるように動作する。

第７図にに示すように、ステップ４０でレベルｈ１を読
み込み、ステップ４１でレベレｈ２を読み込む。

次のステップ４２でＩｈ＋　−ｈ２１の演算を行ない、
次のステップ４３でｌ　ｈ＋　−ｈ２　ｌ　＞ｈ、。「
であるか否かを行い、判断結果がｒＹＥｓＪの場合には
、ステップ４６でアラーム信号を出力する。

判断結果がｒＮＯＪの場合にはステップ４４でレベルｈ
、が基準レベルｈｏよりも低いか否かが判定され、判断
結果がｒＹＥｓＪの場合にはステップ４６でアラーム信
号を出力する。判断結果がｒＮＯＪの場合にはステップ
４５へ進み、ステップ４４と同様にレベルｈ２が基準レ
ベルｈ。よりも低いか否かが判定される。ステップ４４
．４５を設けることにより、受信器１６．１８の出力信
号３２．３３がほぼ同じように出力レベルを低下させつ
づけた場合に良好な出力信号を得られなくなることを防
止することができる。すなわち、レベルｈ＋又はｈ２が
良好な出力信号を得るのに必要な基準レベルｈ。よりも
低下した場合にはアラーム信号の出力により警報装Ｗ（
図示せず）が動作し、作業者は必要な保守作業を直ちに
行い得る。

なお、他の変形例として１、上記に加えて送信器１５．
１７の出力の信号レベルを監視することにより、どの装
ｆｆ１１３．１４が不具合を起こしているのか判別する
こともできる。

また、本発明は流量計測を位相比較により行う渦！　ｆ
ｆｉ　ｆｆｆに限らず、例えば特公昭５５−１１２０６
号公報に示されているようにＡＭ変調を利用するものに
も適用しうる。

また、超音波送受信装置が管路の長手方向上置なる位置
に配設された構成のものでもよい。

また、超音波送受信装置を三つ又は四つ設け、夫々の装
置の受信器の出力信号のレベルを比較する構成とするこ
ともできる。

また、ｌｈ＋−ｈｚｌの値、及びその値の変化の状態を
モニタすることができるようにすることも出来る。この
ようにすると、将来的な故障の発生を予知して予報を出
力することができる。

発明の詳細 な説明した様に、本発明によれば、二つ以上膜けである
各超音波送受信装置の受信器の出力のレベルを比較して
いるため、いずれかの超音波送受信装置に異常が生じた
ことを検出することが出来、超音波送受信装置の故障等
に対して早期に対応することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の渦流量計のブロック構成図
、 第２図は第１図中ｎ−Ｉ線に沿う断面図、第３図は渦発
生体とカル７ン渦及び超音波送受信器との関係を示した
模式図、 第４図は二つの超音波の位相の関係を説明するための波
形図、 第５図は二つの超音波の位相差を電圧に変換する際に位
相差−電圧特性図、 第６図は二つの超音波受信器の出力信号を併せて示す図
、 第７図は第１図中判別器の他の実施例の動作を示すフロ
ーチャート、 第８図は従来の渦流か計の１例のブロック構成図である
。 １０・・・渦発生体、１１・・・管路、１３・・・第１
の超音波送受信装置、１４・・・第２の超８波送受信装
置、１５．１７・・・超音波送信器、１６．１８・・・
超音波受信器、１９・・・超音波発振器、２１ａ、２１
ｂ・・・カルマン渦、２２・・・位相比較器、３０．３
１・・・レベル検出器、３４・・・判別器、３５・・・
異常検出手段、３６・・・アーラム信号出力端子。 第２図 第３図 ０ 第 図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 流体が流れる管路中に設けた渦発生体により生成される
   渦を検出する超音波送信器と超音波受信器とよりなる超
   音波送受信装置を少なくとも二つ設け、各超音波送受信
   装置の超音波受信器の出力に基づいて上記流体の流量を
   測定する渦流量計であつて、 夫々の超音波送受信装置の超音波受信器の出力のレベル
   を比較して該超音波送受信装置の異常を検出する手段を
   設けてなる構成としたことを特徴とする渦流量計。